模具制造工藝第三章特種加工

直接利用電能、化學能、光能和聲能對工件進行加工，以達到一定的形狀尺寸和表面粗糙度要求的加工方法稱為特種加工。模具特種加工的內容很多，主要包括電火花成形加工、電火花線切割加工、激光加工、超聲波加工等。第3章模具的特種加工技術

3．1電火花成形加工電火花成形加工又稱放電加工或電蝕加工(ElectricalDischargeMachining，簡稱EDM)，是指在一定的介質中，通過工具電極和工件電極間脈沖放電時的電腐蝕作用對工件進行加工的一種工藝方法。電火花成形可加工多種高熔點、高強度、高純度、高韌性材料，可加工特殊及復雜形狀的零件，因此被廣泛用于各類模具的加工。

一、電火花成形加工原理生活中可以發(fā)現(xiàn)電器開關在斷電或閉合時往往會產(chǎn)生火花，而火花又把觸點腐蝕成粗糙不平的凹坑，并逐漸損壞開關。這是一種有害的電腐蝕現(xiàn)象，但它給我們一種啟示，即利用兩電極的火花放電可對電極材料進行蝕除。電火花成形加工正是基于這一現(xiàn)象工作的。3.1.1電火花成形加工的基本原理及特點

圖3．1所示是電火花成形加工的原理圖。脈沖電源2輸出的單向脈沖電壓作用在工件電極(以下簡稱T件)l和工具電極(以下簡稱電極)4上。當電壓升高至電極和丁件間隙中填充的工作液5的擊穿電壓時，會使工作液在絕緣強度最低處被擊穿，產(chǎn)生火花放電?；鸹ǚ烹娨鸬乃查g高溫使T件和電極表面都被蝕除掉一小塊材料。一次脈沖放電在工件和電極表面各形成一個小凹坑，多次脈沖放電后，使整個丁件加工表面形成無數(shù)個小放電凹坑，電極的輪廓形狀便被復制到T件上(如圖3．2所示)，從而完成工件的加工。

二、電火花成形加工的基本條件進行電火花成形加工時需具備的條件為：1．脈沖電源

電火花成形時必須具有波形為單向的脈沖電源，如圖3．3所示。其中放電延續(xù)時間t．稱為脈沖寬度；相鄰脈沖之間的間隙時間t0。稱為脈沖間隔；T=t1+t0稱為脈沖周期；工件和電極間隙火花放電時脈沖電流最大瞬時值Ie稱為峰值電流；工件和電極間隙開路時電極間的最高電壓μi稱為峰值電壓。

2．足夠的放電能量脈沖放電點必須有足夠的火花放電強度使局部金屬熔化和氣化?；鸹ǚ烹姷碾娏髅芏葢_到

3．絕緣介質為使脈沖放電重復進行，工件和電極間需充有一定的絕緣液體介質，使脈沖放電產(chǎn)生的電蝕產(chǎn)物及時擴散、排出。

4．間隙工具電極與工件之間需始終維持一定的間隙。這一間隙隨加工條件而定，通常為數(shù)微米至數(shù)百微米。

三、電火花成形加工的特點與機械加工相比，電火花成形加工有如下特點：

(1)由于脈沖放電的能量密度很高，產(chǎn)生的高溫足以熔化任何導電材料，因此可以加工任何硬、脆、韌及高熔點的金屬材料，包括經(jīng)過熱處理的鋼及合金。在一定的條件下其還可以加工半導電和非導電材料。

(2)加工時，電極與工件不接觸，二者之間沒有明顯的宏觀作用力。沒有機械加_丁中因切削力而產(chǎn)生的設備和工藝問題。有利于加工小孔、窄槽、復雜形狀的型腔和型孔以及各種復雜精密模具，并能在淬火之后進行。

(3)脈沖放電的持續(xù)時間短，放電時所產(chǎn)生的熱量傳遞范圍小，工件表面的熱影響區(qū)也很小，可以保證良好的加丁精度和表面質量。

(4)脈沖參數(shù)能在一個較大范圍內調節(jié)，故可以在同一臺機床上連續(xù)進行粗、中、精及精微加工。

(5)直接利用電能進行加工，便于實現(xiàn)自動控制和加工自動化。

3．1．2電火花成形加工過程

電火花成形加工過程可分為介質擊穿和通道形成，能量轉換、分布和傳遞，電極產(chǎn)物的拋出以及間隙介質消電離等幾個階段。

一、介質擊穿和通道形成在一定的液體介質中，當脈沖電壓施加在電極與工件之間時，兩極間立即形成一個電場。當極間距離逐漸縮小或極間脈沖電壓不斷增大時，極間某一距離最小尖端處(電場強度最大處)的電場強度將超過極間的介電強度，電子高速向陽極運動，撞擊介質中的分子和原子，發(fā)生雪崩式的碰撞電離，形成放電通道。

此刻，極間電阻在很短的時間內從絕緣狀態(tài)驟降至數(shù)歐姆以下，而電流則急劇上升，電流密度達到，極間脈沖電壓也相應地迅速降至火花維持電壓(20～25V)。

二、能量轉換、分布與傳遞電極和工件間的介質一旦被擊穿放電，電源就通過放電通道瞬時釋放能量，電能轉換為熱能、動能、磁能、光能、聲能以及電磁波輻射能等。其中大部分轉換為熱能，產(chǎn)生高溫，使兩極放電點的局部金屬熔化或氣化，使通道周圍的介質氣化和產(chǎn)生熱分解。還有少部分能量在放電過程中以光、聲、無線電波等形式被消耗掉。

三、電蝕產(chǎn)物的拋出傳遞給電極上的能量在放電點形成一個瞬時的高溫熱源。在脈沖放電初期，高溫熱源使電極放電點部分材料氣化，產(chǎn)生很大的熱爆炸力，把熔融金屬拋出，并在電極表面留下一個小凹坑。由于表面張力和內聚力的作用，使拋出的材料具有最小的表面積，冷凝時凝聚成細小的圓球顆粒(直徑約0．1～300μm，隨脈沖能量而異)。的電極表面上。

實際上熔化和氣化的金屬在拋離電極表面時向四處飛濺，除絕大部分拋入T作液中收縮成小顆粒外，有一小部分飛濺、鍍覆、吸附在對面

四、間隙介質的消電離間隙介質消電離是指放電通道中的帶電粒子復合為中性粒子，恢復放電通道處介質的絕緣強度。間隙介質消電離可以避免總是重復在同一處發(fā)生放電而導致電弧放電，保證在兩極最近相對位置處或電阻率最小處形成下一個擊穿放電的通道。在電火花加T過程中，為了保證加工的正常進行，在先后兩次脈沖放電之間一般都應有足夠的脈沖間隔時間。

3．1．3電火花成形機床及附件簡介電火花成形機床如圖3．4所示。一般由脈沖電源、自動控制系統(tǒng)、機床本體以及工作液循環(huán)過濾系統(tǒng)等四部分組成。

一、脈沖電源脈沖電源的作用是把工頻交流電流轉換成一定頻率的單向脈沖電流，以供給電極放電所需要的能量。脈沖電源直接影響電火花加工的生產(chǎn)率、表面質量、加工精度、加工過程的穩(wěn)定性和電極損耗等工藝指標。

脈沖電源要有足夠的脈沖放電能量，否則金屬只能被加熱而不能瞬時熔化和氣化；所產(chǎn)生的脈沖應該是單向脈沖，以最大限度地利用極性效應，提高加T速度和減少工具電極損耗；脈沖主要參數(shù)(峰值電流Ie、脈沖寬度ti、脈沖間隔to等)能在一個較寬的范圍內調節(jié)，以滿足粗、中、精加工的需要；性能穩(wěn)定可靠，成本低，壽命長，操作簡單，維修方便。

二、機床本體1．基本組成機床本體指電火花成形機床的機械部分，如圖3．4所示。其主要包括主軸頭、床身、立柱、工作臺及工作液槽等部分。

主軸頭是電火花成形機床中最關鍵的部件，是間隙自動控制系統(tǒng)的執(zhí)行機構，對加工工藝指標影響很大。對主軸頭的要求是：結構簡單，傳動鏈短，傳動間隙小，熱變形小，具有足夠的精度和剛度，以適應自動控制系統(tǒng)慣性小，靈敏度好，能承受一定負載的要求。床身和立柱是機床的主要基礎件，要有足夠的剛度。床身工作臺面與立柱導軌面之間應有一定的垂直度要求，導軌應具有良好的耐磨性并應充分消除材料的內應力。

工作臺一般都可作縱向和橫向移動，并帶有坐標測量裝置。常用工作臺使用刻度手輪來調整位置。隨著機床加T精度的提高，出現(xiàn)了光學讀數(shù)裝置和磁尺數(shù)顯裝置的工作臺。近年來，由于工藝水平的提高及數(shù)控技術的發(fā)展，已生產(chǎn)有三坐標(x、y、z軸)和五坐標(x、y、z軸，另加z軸回轉及工作臺回轉)數(shù)控電火花成形機床，有的機床還帶有電極庫，可以自動更換電極。

2．機床主要規(guī)格

根據(jù)我國機械工業(yè)部標準規(guī)定，電火花成形機床均采用“D7l”附加工作臺臺面寬度的l／10表示，各種型號機床的規(guī)格如表3．1所示。

三、間隙自動控制系統(tǒng)

電火花成形加工，當放電間隙控制在最佳放電間隙δj附近時，加工速度最高。間隙太大，不僅極間介質不能及時擊穿而使脈沖效率降低，而且會使放電通道中傳遞到工件上的能量明顯減少；間隙太小，又會因電蝕產(chǎn)物難以及時排除，產(chǎn)生二次放電，使能量消耗在電蝕產(chǎn)物的重熔上，同樣會使加工速度降低，甚至還會引起短路和燒傷。佳放電間隙。

間隙自動控制系統(tǒng)通過改變、調節(jié)進給速度，使進給速度接近并等于蝕除速度，以維持最佳放電間隙。間隙自動控制系統(tǒng)類型很多，按其執(zhí)行環(huán)節(jié)的不同，主要有三大類：電磁懸浮式(目前已少見)、電液壓式(噴嘴擋板式)、電動機式(伺服電動機式、步進電動機式、寬調速電動機式、力矩電動機式)。電液壓式間隙自動控制系統(tǒng)目前仍有應用，但已停止生產(chǎn)。

電液壓式自動控制系統(tǒng)的性能雖然可以滿足電火花加工的需要，但液壓部分體積大，噪聲也大，且不易穩(wěn)定在某一個位置。直流力矩電動機式自動控制系統(tǒng)是用力矩電動機作為執(zhí)行元件直接帶動滾珠絲杠，驅動主軸頭上下移動，圖3．5所示為直流力矩電動機式自動控制系統(tǒng)原理框圖。

測量環(huán)節(jié)將反映間隙大小及狀態(tài)的電壓檢測信號進行分壓和積分，并傳送給比較環(huán)節(jié)與給定值進行比較，所得出的偏差信號再輸入反饋及放大環(huán)節(jié)，與測速發(fā)電機的負反饋信號進行比較，并將差值放大后輸入跟隨器環(huán)節(jié)進行電流放大，再輸入差動放大器和功率放大環(huán)節(jié)，將信號功率放大，以控制力矩電動機進行正轉或反轉，并帶動滾珠絲杠驅動電極上下移動，以消除間隙偏差。

直流力矩電動機控制系統(tǒng)反應速度快，靈敏度高，不靈敏區(qū)小，熱變形小，噪聲極低，有利于提高加工質量。而且其不存在漏油等問題。

四、工作液循環(huán)過濾系統(tǒng)

工作液循環(huán)過濾系統(tǒng)的作用是使一定壓力的工作液流經(jīng)放電間隙，將電蝕產(chǎn)物排出，并對使用過的工作液進行過濾和凈化。工作液循環(huán)系統(tǒng)可以分為沖油式和抽油式兩種，如圖3．6所示。沖油式是將清潔的丁作液強迫沖入放電間隙，使T作液連同電蝕產(chǎn)物一起從電極側面間隙排出。抽油式則是從電極間隙抽出工作液，使用過的工作液連同電蝕產(chǎn)物一起經(jīng)工件待加丁面排出。

沖油式排屑方法的壓力可在0～0．2MPa范圍內調節(jié)，精加丁時因間隙小而需要更大的沖油壓力，一般為0．4～0．6MPa。抽油壓力一般只需0～5×104Pa。利用抽油式排屑方法可以獲得較高的加工精度，但排屑能力比前者小。

五、機床主要附件1．電極夾具電極夾具是把工具電極裝夾固定在主軸上的機床附件。圖3．7所示為球面鉸鏈式調節(jié)裝置。電極裝夾在彈性夾頭中，電極的垂直度由四個調節(jié)螺釘調節(jié)。這種夾具結構緊湊，軸向尺寸短，制造容易，調節(jié)也方便。但其自身扭轉剛度不足，調節(jié)力大時會引起主軸扭轉。

圖3．8所示為十字鉸鏈式電極夾具。電極裝夾在標準套1內，用緊固螺釘2固緊，電極垂直度通過四個調節(jié)螺釘7調節(jié)。這種夾具結構簡單，調節(jié)方便，但軸向尺寸長，剛度差，多用于加工精度不高的模具。

2．平動頭平動頭是一個能使電極向外產(chǎn)生機械補償動作的工藝附件。電火花加工時，粗加工的放電間隙比半精加工大，而半精加工又比精加工大一些。當用同一個電極進行粗加工時，工件大部分余量蝕除后，其底面和側壁四周的表面粗糙度很差，為了提高加工精度和表面粗糙度，就需轉換成較弱的電規(guī)準逐擋進行半精加工和精加工。

由于后擋電規(guī)準要求的放電間隙小于前擋，電極與工件底面之間的放電間隙可通過主軸進給進行調節(jié)，而與四周側壁間的放電間隙就需采用平動頭進行調節(jié)。平動頭的調節(jié)原理如圖3．9所示。

平動頭不但用于型腔模在半精和精加工時精修側面，同時還能提高仿形精度，保證加工穩(wěn)定性，有利于間隙排屑，防止短路和拉弧等。

最近幾年隨著數(shù)控技術的發(fā)展，出現(xiàn)了數(shù)控平動頭，實現(xiàn)了自動調偏心和微量進給，從而進一步提高了加工精度和精修效率，使型腔精修精度從±0．05mm提高到±0．02mm。另外，為了擴大電火花成形加工的應用范圍，又研制出三坐標平動頭，使成形精度有了新的提高。

3．1．4電火花成形加工的基本規(guī)律

電火花成形加工時，評價加工質量的指標有：加工速度、加工精度、加工表面質量以及電極相對損耗。

一、影響加工速度的主要因素電火花成形加工速度是指在一定的電規(guī)準(脈沖電源的參數(shù))下，單位時間內工件的電蝕量。一般采用體積加工速度Vv(mm’／min)表示；為了測定方便，有時也采用質量加工速度Vm(g／min)表示。電火花成形加工中，影響加工速度的主要因素有：電規(guī)準、極性效應、工件材料的熱學性質、工作液、排屑條件等。

1．電規(guī)準根據(jù)前面所討論的電火花加工的物理原理可知，每個脈沖放電都會在工件表面形成一個高溫熱源而使一定的工件材料蝕除，并在T件表面留下一個微小的凹坑。而且脈沖的能量愈大，傳遞給工件上的熱量就愈多，被蝕除的材料也愈多，并近似為正比關系。

2．極性效應在脈沖放電過程中，工件和電極都要受到電腐蝕。實踐證明，即使工件和電極的材料完全相同，也會因為所接電源的極性不同而有不同的蝕除速度，這種由于極性不同而發(fā)生電蝕量不一樣的現(xiàn)象叫做極性效應。通常把工件接脈沖電源正極時的加工稱為正極性加工；工件接負極時的加工稱為負極性加工。

產(chǎn)生極性效應的主要原因是：在放電過程中，因為電子的質量和慣性均較小，容易獲得很高的加速度和速度，在擊穿放電的初始階段就有大量的電子流向正極，并轟擊正極表面而蝕除金屬；正離子則因質量和慣性較大，起動較慢，在擊穿放電的初期，大量的正離子尚來不及到達負極表面，所以傳遞給負極的能量遠遠小于電子傳遞給正極的能量。

因而在用短脈沖加工時，電子的轟擊作用要大于正離子的轟擊作用，正極的蝕除速度必然要大于負極的蝕除速度；當用長脈沖加工時，質量和慣性大的正離子將有足夠的時間加速，同樣也有大量的正離子到達并轟擊負極表面，正因為正離子的質量和慣性大，對負極表面的轟擊破壞作用將大大超過電子對正極表面的轟擊作用，此時負極的蝕除速度也必然要大于正極的蝕除速度。

從提高加工生產(chǎn)率和減少電極損耗的角度來看，極性效應愈顯著愈好，故在電火花加_T過程中必須充分利用該效應。電火花加工時，可以采取以下措施：

(1)電火花成形加工必須采用單向脈沖電源，如果采用交變的脈沖電流加工，單個脈沖的極性效應便相互抵消，增加了電極的損耗。

(2)正確選擇加工極性。用￡．<20μs的短脈沖進行精加工時，應采用正極性加工；用ti>50μs的較長脈沖進行粗、中加工時，應采用負極性加工。(3)用導熱性好，熔點高的材料作電極可有效降低電極的損耗。

(4)根據(jù)不同的脈沖放電能量，合理選用脈沖放電持續(xù)時間(即脈寬ti)。每種材料都會有一個蝕除量最大的最佳脈寬，脈寬縮小會使大部分能量損耗在材料高溫氣化上，增大脈寬則會使傳遞的熱量增多。加工時應選用使工件材料蝕除速度最大的脈寬。

3．金屬材料的熱學常數(shù)所謂熱學常數(shù)是指熔點、沸點(氣化點)、導熱系數(shù)、比熱容、熔化潛熱、氣化潛熱等。每次脈沖放電時，通道內及正、負電極放電點都瞬時獲得大量熱能。而正、負電極放電點所獲得的熱能除一部分由于熱傳導散失到電極其他部分和工作液中外，其余部分將依次用于：使局部金屬材料溫度升高至熔點；使熔點時的固相材料熔化成液相材料，即熔化潛熱；使熔化的金屬材料繼續(xù)升溫至沸點；使熔融金屬氣化，提供相應的汽化熱；使金屬蒸氣繼續(xù)加熱成過熱蒸氣。

顯然，當脈沖放電能量相同時，金屬的熔點、沸點、比熱容、熔化熱、汽化熱等愈高，電蝕量將愈少，加T速度就越慢；另外，導熱系數(shù)愈大的金屬，由于較多地把瞬時產(chǎn)生的熱量傳導散失到其他部位，因而降低了本身的蝕除量，加工速度也變慢。

4．工作液工作液的作用為：

(1)介電作用，即形成火花擊穿放電通道，并在放電結束后迅速恢復間隙的絕緣狀態(tài)。

(2)壓縮放電通道，提高火花放電能量密度。

(3)幫助拋出和排除電蝕產(chǎn)物。

(4)冷卻作用，即對電極、工件進行冷卻。

介電性能好，密度和粘度大的工作液有利于壓縮放電通道，提高放電的能量密度，強化電蝕產(chǎn)物的拋出效應。但粘度大則不利于電蝕產(chǎn)物的排出，影響正常放電。為了兼顧上述眾多作用和粗、精加工的需要，目前普遍采用粘度小、流動性好、滲透性好的煤油作為工作液。但油類工作液有異味，容易燃燒，尤其在大能量粗加工時工作液高溫分解產(chǎn)生的煙氣大。為了提高電火花加工的工藝效果，國內外都開發(fā)生產(chǎn)了電火花加工專用油，它是以輕質礦物油為基礎，加上一定的重質礦物油和其他添加劑加工而成，無色無味，燃點也比較高。

5．排屑條件在電火花加工過程中，極間局部區(qū)域電蝕產(chǎn)物(蝕除的金屬微粒、熱分解而形成的氣泡與碳粒)濃度過高，加之放電引起的溫度升高，常會影響加工過程的穩(wěn)定性，以致破壞正常的火花放電，使加工速度降低甚至無法繼續(xù)加工。為此，常常采用沖油或抽油，將電極定期自動抬起等措施，改善排屑條件，限制電蝕產(chǎn)物濃度過大，以保證加工穩(wěn)定進行。

二、影響加工精度的主要因素1．尺寸精度電火花加工時，電極與工件之間都存在一定的放電間隙，如果加工過程中放電間隙能保持不變，則可以通過修正電極尺寸進行補償來獲得較高的加工精度。然而，放電間隙的大小實際上是變化的，影響著加工精度。

除了間隙能否保持一致性外，間隙大小對加工精度也有影響。對于復雜形狀的加工表面，其棱角部位電場強度分布不均，間隙越大，影響越嚴重。因此，為了減少加工誤差，應該采用較小的加工電規(guī)準，縮小放電間隙，這樣不但能提高仿形精度，而且放電間隙愈小，可能產(chǎn)生的間隙變化量也愈小。電極損耗大小也會直接影響尺寸的加工精度。

2．形狀精度影響電火花加工形狀精度的主要因素是二次放電，二次放電是指在已加『I=表面，由于電蝕產(chǎn)物的混入而使極間實際距離減小或極間工作液介電性能降低，而再次發(fā)生脈沖放電現(xiàn)象，使間隙擴大。二次放電的影響集中體現(xiàn)在加工深度方向產(chǎn)生斜度和加工棱角、棱邊變鈍等方面。

產(chǎn)生加工斜度的情況如圖3．10所示。上面人口處加工的時間長，產(chǎn)生二次放電的機會多，間隙擴大量也大，而接近底端的側面，因加工時間短，放電的機會少，間隙擴大量也小，因而加工時側面會產(chǎn)生斜度。另外因為電極的下端加工時間長，絕對損耗量大，而上端加工時間短，絕對損耗量小，使電極變成一個有斜度的錐形電極。

加工沖裁模凹模時，可以有效地利用電火花加工形成的斜度，即電火花成形加工時的凹模下端為沖模刃口，而斜度正是沖裁所需的落料斜度。

電火花加工時，電極上的尖角和凹角很難精確地復制在工件上，而是形成小圓角。這是因為當電極為凹角時，工件上對應尖角處放電蝕除的幾率大，容易遭受腐蝕而形成圓角，如圖3．1l(a)所示。當電極為尖角時，一方面由于放電間隙的等距離特性，工件上只能加工出以尖角頂點為圓心，放電間隙δ為半徑的圓?。涣硪环矫骐姌O尖角處電場集中，放電蝕除的幾率很大而損耗成圓角，如圖3．11(b)所示。

采用高頻窄脈沖進行精加工時，由于放電間隙小，圓角半徑也可以很小，一般可以獲得圓角半徑小于0．0lmm的尖棱。

三、影響加工表面質量的主要因素電火花加工的表面質量主要包括加工表面粗糙度、表面變質層及表面微觀裂紋等三部分。

1．表面粗糙度電火花加工表面和機械加工表面不同，是由無數(shù)的放電小凹坑組成，因而無光澤，它的潤滑性能和耐磨損性能都比機械加工表面好。

對表面粗糙度影響最大的是單個脈沖放電能量。這是因為脈沖放電能量大，放電凹坑既大又深，從而使表面粗糙度變差。工件材料對加工表面粗糙度也有影響，高熔點材料(如硬質合金)在相同的脈沖能量下加工的表面粗糙度值要比低熔點材料(如鋼)小。當然，加工速度會相應下降。此外，工件被加工側表面的表面粗糙度值會比底面表面粗糙度值小一級。

電火花加工表面粗糙度通常用微觀不平度的平均算術偏差Ra表示，也有用不平度的最大值尺…表示的。電火花加工的表面粗糙度與加工速度之間存在著很大矛盾。例如將表面粗糙度從Ra2．5μm減小到Ra1．25μm時，加工速度幾乎要下降十多倍。

2．表面變質層電火花加丁過程中，在火花放電瞬時高溫和工作液冷卻的作用下，工件加工表面層會發(fā)生組織變化(如圖3．12所示)。表面變質層可以分為熔融凝固層(包括新附著的松散層和急冷凝固層)、淬火層和熱影響層。

熔融凝固層和淬火層硬度較大，厚度隨脈沖放電能量的增大而變厚，大約為Rmax的1—2倍。而熱影響層與基體之間沒有明顯的界限。由于溫度場分布及冷卻速度的影響，熱影響層硬度不如熔融凝固層高，但對未淬火的材料來說仍有一定的淬硬作用。熱影響層的深度也與加工條件有關，一般為Rmax的2～3倍。

由此可知，電火花加工后的工件表面都是比較硬的，而且整個變質層的厚度與電規(guī)準有關，大約為Rmax的3倍。由此可以看出，精加工時的表面變質層厚度很薄。

3．顯微裂紋電火花加工表面由于受到高溫作用并迅速冷卻而產(chǎn)生拉應力，往往會出現(xiàn)顯微裂紋。實驗表明，一般顯微裂紋僅在熔融凝固層內出現(xiàn)，只有在脈沖能量很大的情況下(用粗規(guī)準加工時)才有可能擴展到熱影響層。

四、電極相對損耗在電火花加工過程中，無論是工件還是電極都會受到不同程度的電腐蝕作用。在評價電極是否耐損耗時，不僅要看電極的損耗速度Ve，而且還要看同時能達到的加工速度Vw。因此，常采用電極相對損耗(簡稱電極損耗)θ作為評價電極耐損耗的指標。

電火花加工過程中，降低電極的損耗具有重大意義。為了降低電極的相對損耗，必須很好地利用電火花加工過程中的各種效應，實現(xiàn)高效低損耗加工，具體途徑如下：1．正確選擇加工極性一般來說，采用窄脈沖精加工時應選用正極性加工，而在較長脈沖進行粗、中粗加工時則采用負極性加工。

2．利用吸附效應建立炭黑保護層電火花加工時，碳氫化合物工作液在放電過程中將發(fā)生熱分解，而產(chǎn)生大量的游離碳，它們和金屬結合形成金屬碳化物的微粒，即膠團。碳的膠粒一般帶負電荷，因此在電場作用下會向正極移動，并吸附在正極表面。如果電極表面的局部持續(xù)溫度高于700℃(但低于電極材料熔點)，且能保持一定時間，這些吸附在電極表面的碳粒便能從物理吸附轉變成化學吸附，形成牢固的碳化層即炭黑保護層。

炭黑保護層有很好的抗蝕作用，如果建立在電極表面，就可以起到保護和補償作用，實現(xiàn)低損耗或無損耗加工。

3．選用合適的材料做電極為了獲得高效低損耗加工，應選用加工穩(wěn)定性好，損耗小，加工工藝性好的材料做電極，常用電極材料的性能見表3．2。

目前應用最多的電極材料是石墨和紫銅。紫銅組織致密，適用于形狀復雜，輪廓清晰，精度要求較高的塑料模、膠木模、壓鑄模等。但紫銅加工工藝性差，難以成形磨削，而且由于密度大，價格貴，不宜做大、中型電極。石墨電極加工容易，密度小，所以適宜做大、中型電極。但石墨電極機械強度差，制造精度難以保證，且精加工時損耗較大。也容易引起穩(wěn)定電弧之類的非正常放電，使_T件燒傷。鎢、鉬的熔點和沸點較高，損耗小，但其機械加工性能不好，價格又貴，所以除線切割外很少采用。

3．1．5模具的電火花加工模具加工電火花加工主要用于凹模類零件的加工。常見的模具中，凹模類零件主要包括兩類，即型腔和型孔。由于型孔類凹?？梢圆捎镁€切割加工工藝加工，所以這里主要討論型腔類模具的加工。

一、型腔模電火花加工的工藝特點與工藝方法

型腔模的種類有很多，如塑料模、鍛模、壓鑄模、膠木模、擠壓模等。由于型腔模一般呈盲孔，其他方法難以加工，特別是型腔模加工是三維曲面加工，工件三個方向的形狀和尺寸精度要求都很高，所以經(jīng)常采用電火花成形加工。

型腔模電火花成形加工有如下特點：

(1)要求電極損耗小，以保證型腔模的成形精度。

(2)加工過程蝕除量大，要求加工速度快，生產(chǎn)效率高。

(3)型腔側面較難進行修光，必須更換精加工電極或利用平動頭進行側面修光。型腔模電火花加工的方法主要有：單電極平動加工法、多電極更換加工法及分解電極加工=法等。

1．單電極平動加工法單電極平動法是指采用一個電極完成型腔的粗、中、精加工的工藝方法。加工時，先用高效低損耗電規(guī)準進行粗加工；然后利用平動頭使電極作平動，按粗、中、精的順序逐級改變電規(guī)準，同時依次加大平動頭的平動量，以補償前后兩個加工規(guī)準之間的放電間隙差及表面修光量，實現(xiàn)型腔側面逐級修光，完成整個型腔模的加工。單電極平動法只需一個成形電極，一次裝夾定位，但對于棱角要求高的型腔，其加工精度難以保證。

2．多電極更換加工法多電極更換加工法是指采用多個電極依次更換加工同一個型腔的工藝方法。各個電極的尺寸必須根據(jù)所選用的電規(guī)準產(chǎn)生的放電間隙及下一個規(guī)準加工所需的加工余量來修正。

多電極更換加下法仿形精度高，尤其適用于尖角、窄縫多的型腔模的加工。但這種工藝方法對電極重復制造精度要求高，電極更換時的裝夾及重復定位精度也難以保證，因此一般只用于精密型腔的加工。

3．分解電極加工法分解電極加工法是單電極平動加工法和多電極更換加工法的綜合應用。這種方法以單電極平動加工為基礎，根據(jù)型腔的幾何形狀把電極分解成主型腔電極和副型腔電極分別制造。其先用主型腔電極加工出主型腔，后用副型腔電極加工尖角、窄縫等副型腔部位。

分解電極加工法可根據(jù)主、副型腔不同的加工條件選擇不同的加工規(guī)準，從而提高加工速度和改善加工表面質量；同時還可以簡化電極制造，便于電極修整。其缺點是主型腔和副型腔間的精確定位較難解決。

二、電極1．電極結構形式的確定常用的電極結構形式有整體式、組合式、鑲拼式，如圖3．13所示。

1)整體式整體式電極適用于尺寸大小和復雜程度都一般的型腔的加工。它可以分為有固定板和無固定板兩種形式。無固定板式多用于型腔尺寸小，形狀簡單，只用單孔沖油或排氣的情況。有固定板則用于尺寸較大，形狀較復雜，采用多孔沖油或排氣的情況。

2)組合式組合式電極適用于一模多腔的情況，可以大大提高加工速度，簡化各型腔之間的定位工序，提高定位精度。

3)鑲拼式鑲拼式電極適用于型腔尺寸較大，或型腔形狀復雜，分塊之后才容易制造的電極。

2．電極尺寸的確定型腔模的底面和斜壁在半精和精加工時，只需要垂直進給就可以修光，相應的電極尺寸也比較容易確定。但在加工直壁型腔時，由于粗加工的放電間隙較大，需要修光的變質層又厚，僅靠垂直進給難以修光側面，除非更換一個尺寸較大的精加工電極。而我國普遍采用的是單電極平動法進行加工，這樣，電極尺寸就必須考慮加上一個平動量瓦來決定電極的縮放量。

1)電極水平尺寸電極水平尺寸也稱電極橫截面尺寸，即電極與主軸進給方向垂直的尺寸(如圖3．14所示)，用公式(3．2)確定：

式(3．2)中的“±”號及K、6值按下列原則決定：

(1)凡圖樣上型腔凸出部分，其相對應的電極凹入部分的尺寸應放大，即用“+”號；反之，凡圖樣上型腔凹入部分，其相對應的電極凸出部分的尺寸應縮小，即用“一”號。

(2)當圖中型腔尺寸完全標注在邊界上(即相當于直徑方向尺寸)時，K取2；一端以中心或非邊界線為基準(即相當于半徑方向尺寸)時，K取1。對于圖樣上型腔中心線之間的位置尺寸以及角度值，電極上相對應的尺寸不增不減，K取0。對于圓弧半徑，亦按上述原則確定。

(3)在實際應用中，由于平動量可在較寬的范圍內調整，足以補償電極的側面損耗及其他因素引起的修正量，因此可以簡化電極的設計。一般中、小型電極的單邊縮放量6粗加T時可在0．15～0．5mm范圍內選取，精加工時可在0．07—0．15mm范圍內選取。

2)電極垂直方向尺寸電極垂直方向尺寸，即電極與主軸進給方向平行的剖面尺寸可用公式(3．4)確定：

上述電極尺寸的確定均考慮了型腔的拋光余量。電極各尺寸的公差范圍取型腔相應尺寸容許公差。

3)電極總高度型腔加工的電極總高度H必須根據(jù)工藝需要、電極使用次數(shù)以及裝夾要求等因素來確定

(如圖3．15所示)，并用公式(3．5)表示：

3．排氣孔與沖油孔設計為改善排氣、排屑條件，加工大、中型型腔模時電極都設計有排氣、沖油孔。一般情況下，沖油孔要開在不易排屑的拐角、窄縫處；而排氣孔則開在蝕除面積較大以及電極端部凹人的位置。沖油孔的布置需注意不可出現(xiàn)無工作液流經(jīng)的死區(qū)。排氣孔和沖油孔的直徑約為平動量的1—2倍，一般取φ(1一1．5)mm。為有利于排氣排屑，常把排氣孔、沖油孔的上端孔徑加大到φ(5～8)mm?？拙嘣?0～40mm左右，位置相對錯開，以避免加工表面出現(xiàn)波紋。

三、型腔電火花加工工藝過程

1．加工前的準備

1)工藝方法選擇應選擇合適的型腔電火花加工工藝方法。目前，國內普遍采用的是單電極平動法。

2)電極準備按要求進行電極設計，并將其制作出來。

3)工件準備對工件進行備料、機械加工及熱處理等各工序。

2．電極的裝夾與校正電極的裝夾與校正是指把電極裝夾在主軸的電極夾具上，并使電極軸線與主軸進給軸線一致，保證電極與工作臺面和工件垂直以及電極水平面的x軸軸線與工作臺和工件的x軸軸線平行。常用的校正方法如下：

(1)按電極側面校正電極。當電極側面面積為較大的直壁面時，可用千分表(或百分表)校正電極上下、左右(或前后)移動時的位置。(2)將電極(或固定板)的上端面作輔助基準面校正電極的垂直度，如圖3．16所示。圖中按電極的平直側面校正電極的水平位置。

(3)按電極端面火花放電校正。如果電極端面為平面，可用精規(guī)準使電極與模塊平面進行火花放電，通過調節(jié)使四周均勻地出現(xiàn)放電火花，即可完成電極的校正。

3．工件的裝夾與校正在一般情況下，可將工件直接裝夾在墊塊或工作臺上，然后通過工作臺的坐標移動，使工件中心線和十字滑板移動方向一致，以便于電極和工件間的校正。最后用壓板壓緊。型腔模一般都由上、下模組成，為使制品不產(chǎn)生拼縫，應采取措施保證上、下模定位準確，合模時不致發(fā)生上、下模錯位現(xiàn)象，具體方法有如下幾種：

1)十字線定位法在電極或電極固定板二側面劃出中心十字線，同時在模塊上也劃出中心線，加工時保證電極與模塊相應的十字線對準即可。這種方法簡便易行，但精度不高，定位精度只能達到±(0．3～0．5)mm。

2)定位板定位法在電極固定板和工件上分別加工出一對角尺的基準面，并在電極定位基準面上固定兩塊平直的定位板。定位時將工件的角尺面和相應的定位板緊貼，再將工件壓緊卸去定位板即可。這種定位法的精度較十字線法高。也有使用定位套的類似定位法，主要用于小型模具。

3)以基準面進行數(shù)控定位用數(shù)控電火花成形機床加工時，以T件側面為基準進行數(shù)值式坐標定位也可以自動找中心，其定位精度可達±(0．0l～0．02)mm，是一種理想的定位方法。如果是帶數(shù)顯裝置的普通電火花成形機床，也可以進行數(shù)值式坐標定位，不過其定位校正過程不是自動的，而是依靠人工操作完成。

4．電規(guī)準的選擇與轉換

1)電規(guī)準的選擇為了獲得好的工藝效果，在電火花加工過程中一般都是用粗規(guī)準加工出型腔的基本輪廓，以獲得較高的加工速度和較低的電極損耗；然后用中、精規(guī)準逐級修光，以達到所需的表面粗糙度和加T精度。

粗規(guī)準一般選脈沖寬度ti>400μs，脈沖電流幅值大的一組脈沖參數(shù)來進行粗加T。加工時，應根據(jù)加工面積大小及排屑條件決定其加工電流，通常平均電流密度為3～5A／cm，過大則容易引起拉弧燒傷，影響加工表面質量。選用粗規(guī)準加工速度高，表面粗糙，電極耗損低。中規(guī)準是粗、精規(guī)準之間的過渡參數(shù)，其脈沖寬度在50～400μs之間，加工時應在保證加工速度的情況下，盡量降低電極損耗。加工小孔、窄槽等復雜型腔時，可直接用中規(guī)準進行精加工成形。

精規(guī)準是在中規(guī)準加工的基礎上進行最后精加工的參數(shù)，可以獲得所需的加工表面粗糙度和加工精度。精規(guī)準的脈沖寬度一般在20μs以下，工作電流也很小。為了減少精加T時間，精加工余量不宜太大，一般都不超過0．1～0．2mm。雖然精加工時的電極相對損耗較大(約為10％～40％)，但由于加工余量小，故其絕對損耗并不會給加工精度帶來太大的影響。

近幾年來廣泛使用的伺服電動機主軸控制系統(tǒng)能夠準確地控制加工深度，因而精加工余量可以小到0．05mm左右。加上脈沖電源上又附有精微加工電路，精加工可達Ra0．4μm以下，而且精修時間較短。

2)電規(guī)準轉換為了提高生產(chǎn)率和降低電極損耗，并且獲得符合要求的型腔表面質量和精度，應該在電火花加工過程中合理選用電規(guī)準，并及時進行轉換。電規(guī)準轉換的擋數(shù)必須根據(jù)具體對象確定。對于尺寸小，形狀簡單的淺型腔加工，規(guī)準轉換擋數(shù)可少些；對尺寸大、深度大，形狀復雜的型腔，規(guī)準轉換的擋數(shù)要多些。粗加工規(guī)準一般選定l擋，半精加工規(guī)準選2—4擋，精加工規(guī)準選2—4擋。

在加工開始時。應選用粗規(guī)準進行加工，但加工電流應隨加工面積的增大而逐步增大。粗加近幾年來廣泛使用的伺服電動機主軸控制系統(tǒng)能夠準確地控制加工深度，因而精加工余量可以小到0．05mm左右。加上脈沖電源上又附有精微加工電路，精加工可達Ra0．4μm以下，而且精修時間較短。T時的最大加工電流視型腔復雜程度、加工面積大小以及電極尺寸的縮放量而定。

當加工出來的型腔基本輪廓接近目標加工深度時(大約留lmm的余量)，應減小電規(guī)準，依次轉換成中、精規(guī)準各擋參數(shù)加工，直至達到所需的尺寸精度和表面粗糙度。轉換的原則是下一擋規(guī)準加工的表面粗糙度是上一擋的1／3一l／2，而所留的加工余量(或稱修光余量)大約為3Rmax左右。

四、典型加工實例圖3．17所示注射模鑲塊材料為40Cr，硬度為38～40HRC，加工表面粗糙度為Ra0．8μm，要求型腔側面棱角清晰，圓角半徑R小于0．2mm。1．工藝方法選擇選用單電極平動法進行電火花成形加工時，為保證側面棱角清晰(R<0．3mm)，其平動量應小，取δ。<0．25mm。

2．工具電極設計與制造

1)電極材料電極材料選用紫銅。

2)電極結構與尺寸電極結構及尺寸如圖3．18所示。電極水平尺寸單邊縮放量取6=0．25mm，根據(jù)公式(3．3)可知，平動量6。=0．25mm一6精<0．25mm。由于電極尺寸縮放量較小，用于基本成形的粗規(guī)準參數(shù)不宜太大，由經(jīng)驗可知，實際使用的粗加工規(guī)準會產(chǎn)生1％的電極損耗。

因此，對應著圖3．17所示型腔主體20mm深度與正三角形搭子及型腔8mm深度的電極長度之差應是(20—8)×(1+l％)mm=12．12mm。精修時盡管也有損耗，但由于兩部分精修量一樣，故不會影響二者深度之差。圖3．18所示電極結構的總長度無嚴格要求。

3)電極制造因電極有2個正三角形搭子，故一般采用數(shù)控線切割加工。主要工序為：①備料；②刨上、下面；③劃線；④加工M8×8的螺孔；⑤線切割加工水平尺寸；⑥按圖示方向前后轉動90。用線切割加工2個正三角形搭子厚度及主體部分長度；⑦鉗工修整。

3．鑲塊坯料加工鑲塊坯料加工過程為：①備料；②刨六面體；③熱處理(調質)38～40HRC；④磨削鑲塊6個面。4．電極與鑲塊的裝夾與定位

(1)用M8的螺釘固定電極。并裝夾在主軸頭的夾具上。然而用千分表(或百分表)以電極上端面和側面為基準，校正電極與工件表面的垂直度，并使其x、'，軸與-I=作臺x、l，移動方向一致。

(2)鑲塊一般用平口鉗夾緊，并校正其x、y軸與工作臺x、y移動方向一致。(3)定位，即保證電極與鑲塊的中心線完全重合，用數(shù)控電火花成形機床加工時，可以用其自動找中心功能準確定位。

5．電火花成形加工電火花成形加工所選用的電規(guī)準和平動量及其轉換過程如表3．3所示。

3．2電火花線切割加工電火花成形加工模具型孔需要先加工成形電極。當被加工的模具零件精密細小，形狀復雜時，不僅電極的制造難度大，而且穿孔加工的效率也很低。電火花線切割加工則能彌補電火花成形加工的不足，而且不用制造成形電極就能實現(xiàn)型孔的精細加工，比電火花成形加工更方便，效率更高。

3．2．1電火花線切割加工原理和特點一、電火花線切割加工原理電火花線切割加工原理與電火花成形加工原理一樣，都是利用電極與工件之間產(chǎn)生脈沖性火花放電時的電腐蝕現(xiàn)象。所不同的是電火花線切割加工不需要制作成形電極，它利用移動的細金屬絲作為工具電極(簡稱絲電極)，由步進電動機驅動的工作臺帶動_丁件相對絲電極作x、y軸方向移動，完成母線為直線的平面形狀零件的加工。其加工原理如圖3．19所示。

絲電極4穿過工件5上預先鉆好的小孔(穿絲孔)，經(jīng)導輪3由儲絲筒2帶動，相對工件不斷上下移動(走絲運動，慢速走絲線切割機床絲電極單向移動，快速走絲線切割機床絲電極往復移動)。加工時，由高頻脈沖發(fā)生器8對絲電極和工件施加脈沖電壓，絲電極接負極，工件接正極。脈沖電壓將電極和工件間的間隙(放電間隙)擊穿，產(chǎn)生瞬時火花放電，將工件放電區(qū)局部熔化或氣化，并利用工作液把熔化或氣化了的金屬去掉，從而完成工件的加工。

二、電火花線切割加工特點與電火花成形相比，電火花線切割加工有如下特點：(1)不需制造專用電極，可降低模具成本，縮短生產(chǎn)周期。

(2)能用很細的絲電極加工狀、細小的通孔和外表面。

(3)加工過程中，電極損耗小(一般可忽略)，可獲得較高的加工精度。

(4)由于絲電極直徑很小，蝕除量少，對于貴重金屬的加工更有意義。

(5)自動化程度高，操作使用簡便，工件加工周期短，成本低。

(6)可以一模兩用，加工工件作為凹模，切割下來的坯料作為凸模。

3．2．2電火花線切割加工機床一、機床分類

1．按切割軌跡的控制方式分按切割軌跡控制方式的不同，電火花線切割加工機床可分為靠模仿形電火花線切割加工機床、光電跟蹤控制電火花線切割加工機床及數(shù)字程序控制電火花線切割加工機床三類。由于數(shù)字程序控制電火花線切割加工機床控制簡便，重復精度高，在生產(chǎn)實踐中得到了極為廣泛的應用。

2．按絲電極運動方式分依據(jù)不同的絲電極運動方式，電火花線切割機床可分為快速走絲數(shù)控電火花線切割加工機床和慢速走絲數(shù)控電火花線切割加工機床兩類?？焖僮呓z數(shù)控線切割加工機床采用鉬絲[直徑φ(0．08—0．2)mm]或銅絲(西0．3mm左右)作電極。絲電極在儲絲筒的帶動下通過加工縫隙作往復循環(huán)運動，一直使用到斷線為止。其走絲速度約為6～11m／s。快速走絲數(shù)控電火花線切割加工機床走絲速度快，加工精度較低。

目前能達到的加T精度為±0．0lmm，表面粗糙度為Ra2．5—0．63μm，切割厚度最大可達500mm。慢速走絲數(shù)控電火花線切割加工機床走絲速度一般為3m／min，最高為15m／min。其可使用純銅、黃銅、鎢、鉬等作為絲電極，絲電極直徑約為φ(0．03—0．35)mm。絲電極單方向通過加工縫隙，不重復使用，以避免絲電極損耗，影響工件加工精度。慢速走絲數(shù)控電火花線切割加工機床加工精度可達±0．00lmm，表面粗糙度可達Ra<0．32μm。

相對慢速走絲數(shù)控電火花線切割加工機床而言，快速走絲數(shù)控電火花線切割加工機床結構簡單，價格低廉，且加工生產(chǎn)率較高，精度能滿足一般要求，目前在我國應用較為廣泛。二、機床組成電火花線切割加工機床主要由脈沖電源、機床本體、工作液循環(huán)系統(tǒng)、數(shù)字程序控制系統(tǒng)等四大部分組成，如圖3．20所示。

1．脈沖電源電火花線切割加工利用火花放電對金屬的電腐蝕作用實現(xiàn)。在加工過程中其金屬蝕除量較少，可采用精規(guī)準一次切割成形，而不必考慮絲電極的損耗，因此要求脈沖電源能保證較高的加工速度、加工精度、加丁質量及絲電極容許承載電流能力。目前常采用功率較小，脈沖寬度窄，頻率較高，峰值電流較大的高頻脈沖電源，主要是晶體管脈沖電源。一般電源的電規(guī)準設有幾個擋，以調整脈沖寬度和脈沖間歇時間，滿足不同的加工要求。

電源電規(guī)準的調整范圍為：脈沖寬度為2～50μs，脈沖間歇為10～200μs，峰值電流為4～40A，加T電流為0．2～7A，開路電壓為80～100V。

2．機床本體1)床身床身是機床本體的基礎，起著支承和固定工作臺、絲電極驅動裝置和加工工件的作用，因此要有足夠的剛度和強度。一般機床的床身為鑄造箱式結構和焊接箱式結構，有的精密機床采用大理石結構。

2)坐標工作臺坐標工作臺是安裝工件并實現(xiàn)工件進給的部分。工作臺分別由兩臺步進電動機驅動，通過滾珠絲杠螺母副傳動，驅動X向拖板(中拖板)和y向拖板(上拖板)帶動T作臺進給，如圖3．2l所示。

3)絲電極驅動裝置快速走絲數(shù)控電火花線切割加工機床絲電極驅動裝置如圖3．22所示。絲電極經(jīng)絲架7，由導輪6定位穿過工件，再經(jīng)導輪到儲絲筒9，并被整齊地繞在儲絲筒上。儲絲筒在電動機的驅動下帶動絲電極實現(xiàn)走絲運動。

3．工作液循環(huán)系統(tǒng)電火花線切割加工中工作液循環(huán)系統(tǒng)的作用與電火花成形加工相同?？焖僮呓z時采用的丁作液是乳化液。由于快速走絲能自動排除短路現(xiàn)象，因此可用介電強度較低的乳化油水溶液。慢速走絲時采用的工作液是去離子水，冷卻速度快，流動容易，不易燃，但其電阻率的大小對加工速度、表面粗糙度、放電間隙大小等均有一定影響。

4．數(shù)字程序控制系統(tǒng)電火花線切割加工過程中，數(shù)字程序控制系統(tǒng)根據(jù)工件的形狀與尺寸要求，按照一定的格式編寫程序，然后按規(guī)定的編碼把程序制成穿孔紙帶，再輸入專用計算機。計算機則按照所輸入的加工程序進行計算，并發(fā)出進給信號來控制步進電動機驅動坐標工作臺拖板移動，自動控制絲電極和工件之間的相對運動軌跡和進給速度，從而實現(xiàn)工件形狀和尺寸的加工。

電火花線切割加工機床的數(shù)字程序控制系統(tǒng)主要由一臺專用小型計算機或通用小型計算機構成。

3．2．3程序編制方法一、數(shù)字程序控制原理電火花線切割加工機床的數(shù)字程序控制系統(tǒng)能夠控制加工同一平面上由直線和圓弧組成的任何圖形的工件，這是其最基本的控制功能。此外，還帶有錐度切割、間隙補償、螺距補償、圖形編程、圖形顯示等控制功能。數(shù)據(jù)和指令不僅可以通過人工和穿孔帶輸入，也可以使用軟盤輸入。因而，控制系統(tǒng)的具體組成及計算機的容量也會有所不同。下面主要討論數(shù)字程序控制原理和程序編制方法。

快速走絲電火花數(shù)控線切割加工普遍采用的是逐點比較法。加工時，計算機要不斷地進行運算，并向驅動機床工作臺的步進電動機發(fā)出脈沖信號，通過步進電動機控制工作臺(工件)按預定的要求運動。

逐點比較法加工斜線的原理如圖3．23所示。DA為需要加工的斜線，坐標原點取在斜線的起點0上。加工開始時，先從坐標原點D沿+X方向走一步到位置l。由圖可見，加工點1在DA的下方，已偏離預定的加工斜線DA，產(chǎn)生了偏差。為了靠近伽，第二步應沿+y方向走到2位置。這時，因為點2已處在0A線的上方，加工點也偏離了0A斜線，又產(chǎn)生了新的偏差，為了糾正這個偏差，應使加工點向DA靠攏，即沿+x方向走第三步至點3。如此繼續(xù)不斷地走下去，直至到達A點。只要每步距離很小，所走的折線就近似于一條光滑的斜線。

同理，沿逆時針方向切割圓弧時(如圖3．24所示)，坐標原點取在圓心D上，從A點開始，每走一步，都由數(shù)控裝置進行運算比較，然后發(fā)出向圓弧靠攏的步進命令。若加工點在圓弧內，應控制下一步向+y方向進給，若加工點在圓外或在圓弧上，則下一步應沿一x方向進給。如此逐點比較逼近于預定的圓弧AB，直至到達終點B為止。同樣，只要步距很小(實際是1μm)，用這條折線代替所要加工的圓弧也是允許的。

由此可知，采用逐點比較法控制滑板的進給是步進的，它每走一步都要完成四個工作節(jié)拍，如圖3．25所示。

3．3超聲波加工與激光加工3．3．1超聲波加工一、超聲波加工基本原理與特點1．超聲波加T基本原理超聲波是指頻率超過16000Hz的聲波。超聲波加T是利用工具端面作超聲頻振動，并通過磨料懸浮液加工脆硬材料的一種加工方法。其加工原理如圖3．48所示。加工時，在工具l和工件2之間加入液體(水或煤油)和磨料混合的磨料工作液3，工具以很小的力F輕輕壓在工件上。

超聲換能器4通入50Hz的交流電，產(chǎn)生16000Hz以上的超聲頻縱向振動，并借助于變幅桿把振幅放大到0．05—0．1mm之間，驅動工具端面作超聲振動，迫使工作液中的懸浮磨粒以很大的速度和加速度不斷撞擊、拋磨被加工表面，把加工區(qū)的工件局部材料粉碎成很細的微粒，并從工件上撞擊下來。

雖然每次打擊下來的材料很少，但由于每秒鐘撞擊的次數(shù)多達16000次以上，所以仍有一定的加工速度。同時工作液受工具端面超聲振動作用而產(chǎn)生的高頻、交變的液壓沖擊波和空化作用將促使工作液進入被加工材料的微裂縫及晶界內，加劇機械破壞作用，提高加工速度。此外，液壓沖擊波也能促使懸浮工作液在加工間隙中循環(huán)，使變鈍了的磨粒不斷更新。

2．超聲波加工特點

(1)超聲波加工依靠磨粒的撞擊作用去除材料，故適于加工各種硬脆材料，包括不導電的非金屬材料，例如陶瓷、玻璃、寶石、石英、金剛石等。

(2)超聲波加工由于工具不需要作復雜的運動，因此超聲波加工機床結構簡單，操作方便。

(3)工具可用較軟的材料做成較復雜的形狀，可以加工復雜的成形表面。

(4)由于依靠極細小磨粒的瞬時局部的撞擊作用去除加工材料，故工件表面的宏觀作用力很小，不會引起變形和燒傷，表面粗糙度也較好(可達Ral～0．1um)，加工精度可達0．01～0．02mm，而且可以加工薄壁、窄縫、低剛性工件。

二、超聲波加工設備超聲波加工設備如圖3．49所示。由超聲